OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso si propone di fornire allo studente una approfondita conoscenza delle proprietà chimico fisiche dei materiali organici coniugati e sistemi ibrido/organici che costituiscono una classe di materiali dal crescente interesse tecnologico per il loro utilizzo nella fotonica, l’optoelettronica e l’elettronica a scala molecolare.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’insegnamento, in relazione all’acquisizione delle conoscenze relative all’ambito chimico-fisico, intende fornire gli strumenti affinché lo studente possa acquisire una approfondita conoscenza delle proprietà chimiche e fisiche dei materiali organici coniugati e dei sistemi ibrido/organici. Poiché quest’ultimi costituiscono una classe di materiali dal crescente interesse applicativo/tecnologico per il loro utilizzo nel campo della fotonica, dell’optoelettronica e dell’elettronica a scala molecolare. Inoltre l’insegnamento si prefigge di sviluppare le abilità e le competenze dello studente, mettendolo in grado di elaborare in un approccio multisciplinare i concetti di base precedentemente acquisiti in campo chimico e fisico.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Richiami sui legami chimici e forze intermolecolari.

• Legame ionico: derivazione costante di Madelung, somma di Ewald.
• Legame covalente: descrizione secondo il modello MO e VB, teorema variazionale, esempi.
• Legame metallico.
• Forze intermolecolari: Keesom, Debye e London. Sviluppo di uno semplice modello per descrivere le forze di interazione di tipo dispersivo.

Trattazione teorica di sistemi coniugati.

• Hamiltoniane efficaci: significato e derivazione, utilizzo del modello di Huckel per la descrizione di sistemi coniugati, vantaggi e limiti.
• Effetto Jahn-Teller (cenni).
• Simmetria (cenni).
• Interazione elettrone-fonone (cenni).
• Derivazione della distribuzione di Fermi-Dirac.
• Derivazione del teorema di block e richiami di concetti tipici della chimica fisica dello stato solido (densità degli stati, reticolo reciproco e zone di Brillouin).
• Confronto tra l’approccio “bottom up” e  “top down” nella descrizione di un sistema monodimensionale (riferimento ad un sistema coniugato 1D).
• Proprietà elettroniche di un poliene/annulene infinito: passaggio da metallo a semiconduttore. Distorsione di Peierls. Modello SSH. Sistema coniugato 2D: grafite.

Semiconduttori organici vs inorganici.

• Proprietà generali,conducibilità, massa efficace, mobilità portatori di carica.
• Derivazione della legge di azione di massa.
• Drogaggio, confronto tra il caso del semiconduttore organico ed inorganico.
• Solitoni, polaroni, bipolaroni ed eccitoni
• Trasporto di carica nei semiconduttori organici (cenni): sviluppo di un semplice modello per identificare i principali fattori che caratterizzano il processo di trasporto (interfaccia metallo/organico). Importanza dell’organizzazione di bulk e delle interazioni intermolecolari.
• Potenziali di contatto tra interfacce organico/metallo e organico/semi-conduttore.
• Dispositivi: OLED e Celle solari. Funzionamento, criteri teorici per la scelta del sistema coniugato da utilizzare nel dispositivo. Esempi di modellizzazione.

In funzione del tempo disponibile nello svolgimento dell'insegnamento potranno essere inclusi anche i seguenti argomenti:

• Processi dipendenti dal tempo
  • Introduzione: Diagramma di Jablonski
  • Equazione di Schroedinger dipendente dal tempo (cenni).
  • Equazione di liouville e master equation (cenni) .
  • Derivazione della regola d’oro di Fermi: esempi.
  • Funzione di correlazione temporale: esempi.
  • Interazione elettrone-fonone.
• Processi di trasferimento di energia o di elettroni
  • Teoria di Marcus,
  • Teoria di Foerster e Dexter

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Saranno forniti appunti relativi agli argomenti sviluppati nel corso delle lezioni.

Per la parte generale relativa alle proprietà dello stato solido

- C. Kittel Introduzione alla fisica dello stato solido